Могут ли черные дыры светиться из-за темной материи?

16 Мая 2015 в 14:00, Илья Хель 9 779 просмотров 16

Черная дыра

Темная материя, утекающая по спирали в массивную черную дыру, может излучать гамма-лучи, которые могут быть видимы с Земли, считают ученые. Темной материи во Вселенной в пять раз больше обычной, но она не излучает, не отражает и не поглощает свет, тем самым являясь полностью прозрачной или невидимой. Но если частицы темной материи вокруг темных дыр могут производить гамма-лучи (высокоэнергетический свет), эти излучения могли бы предоставить ученым новый способ изучения этого загадочного материала.

Процесс, ответственный за создание гамма-лучей, кажется несколько нелогичным, поскольку бросает вызов двум общим допущениям: ничто не может покинуть черную дыру и не бывает бесплатного сыра в мышеловке.

Невероятный побег

Джереми Шниттман — астрофизик-теоретик из Центра управления космическими полетами Годдарда NASA, и он начинает проект по изучению данных космического гамма-лучевого телескопа Ферми на предмет поиска высокоэнергетического света на границе черной дыры, который мог бы излучаться темной материей.

«Мы, на самом деле, только начали заниматься этой проблемой, — говорит Шниттман. — Как астрофизик-теоретик за свою карьеру я проанализировал не так много данных, поэтому мне придется подучиться. К счастью, меня окружают люди здесь, в Годдарде, которые являются реальными экспертами по данным Ферми».

Поиск темной материи у Шниттмана начался с компьютерной программы, которую он разрабатывал десять лет. Она моделирует в 3D пути частиц, которые проносятся в пространстве рядом с черной дырой, некоторые оказываются достаточно близко, чтобы выйти на ее орбиту или упасть в нее.

Около года назад, он решил настроить программу для моделирования частиц темной материи. В результате получилось видео, которое показывает, как субатомные частицы захватываются гравитационной тягой черной дыры и кружат вокруг региона под названием эргосфера (в которой все частицы должны вращаться в направлении вращения черной дыры). Некоторые из этих частиц сталкиваются и уничтожают друг друга (происходит аннигиляция), и это производит гамма-лучи.

Обычно эти частицы света падали бы в черную дыру, не в силах бороться с ее притяжением, если бы не так называемый процесс Пенроуза.

В 1971 году астрофизик Роджер Пенроуз показал, что если очень близко к черной дыре рождаются два фотона, существует возможность, что один убежит, а другой упадет внутрь. Эта идея противоречит идее о том, что ничто не может покинуть черную дыру, или ничто из того, что пересекает «горизонт событий» — границу, за которой гравитационное притяжение становится настолько сильным, что даже свет не может покинуть его.

Согласно принципу Пенроуза, частицы не образуются за этой точкой невозврата, но в обычных обстоятельствах у каждой частицы был бы шанс сбежать. Поэтому принцип Пенроуза как бы изменяет судьбу как минимум одной частицы, давая ей шанс на отступление.

В 2009 году группа ученых показала, что процесс Пенроуза можно применить к частицам темной материи, которые аннигилируют с образованием двух гамма-лучей. Если частицы темной материи аннигилируют рядом с поверхностью черной дыры, телескопы на Земле могли бы уловить убегающие гамма-лучи.

Модель Шниттмана показала еще больше путей, которые могут избрать частицы, включая и то, что должно рождаться еще больше гамма-лучей, которые могут покинуть черную дыру, а их энергия будет еще выше. Краткое описание результатов было опубликовано в Physical Review Letters, а более подробное — в Astrophysical Journal.

Вооружившись этими результатами, Шниттман и его коллеги сейчас ищут такой сигнал, хотя полагают, что он будет крайне тусклым по сравнению со многими другими источниками гамма-излучения. Ученые создают список целевых галактик, у которых имеется несколько гамма-лучевых источников и очень массивные черные дыры.

«Чем больше черная дыра, тем больше сигнал, — говорит Шнитттман. — Он масштабируется так, что если масса вашей черной дыры увеличивается на 10 порядков, ожидаемый сигнал усилится на 1000 порядков».

«Первые намеки на обнаружение этого эффекта, безусловно, не будут свидетельствовать о конкретном обнаружении. Но обеспечат мощный верхний предел для этого типа процесса, а также подкрепление теории о взаимодействии высокоэнергетических частиц темной материи. Это уже прогресс».

3D-модель

Бесплатный сыр

Частицы, которые покидают черную дыру посредством процесса Пенроуза, не только освобождаются, но и уходят с большей энергией, нежели имели раньше. На самом деле, конечная энергия должна быть ощутимо больше. Это, по сути, бесплатный сыр.

С момента выхода в свет работы Пенроуза, ученые показали, что убегающие частицы не только воруют энергию у своих партнеров (в основном отталкиваясь от другой частицы), но также воруют ее у вращающейся черной дыры. Каждая частица Пенроуза, которая покидает черную дыру, замедляет ее вращение на крохотную величину.

(Когда Пенроуз изначально предлагал свою идею, он писал, что это явление можно было бы использовать в продвинутом обществе как переработку мусора с выходом энергии, где мусор выступал бы частицами, падающими в черную дыру, производящими высокие энергии на выходе).

Шниттман говорит, что надеется обнаружить сигнал темной материи в данных Ферми. Правда, увидеть такой небольшой сигнал на общем фоне гамма-лучей Вселенной будет очень непросто, да и само существование сигнала стоит под вопросом: образуют ли частицы темной материи гамма-лучи при аннигиляции?

Напомним, что ученые не знают, из чего состоит темная материя, не говоря уж о том, аннигилируют ли ее частицы, как то предполагает модель Шниттмана. Поэтому, если Шниттман найдет сигнал, это будет мощным прорывом в исследовании темной материи.

Могут ли черные дыры светиться из-за темной материи?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

16 комментариев

  1. User777

    Ни черные дыры, ни темная материя, еще недоказанные явления. О чем тут речь вообще?..

    • vinstlow

      Не доказана сингулярность и из чего состоит тёмная материя. А так по сути эти явления наблюдаемы. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

      • vertos

        + (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

      • Assamit

        Что-то невидимое - наблюдаемое,но не понятно из чего состоит? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • User777

          невидимое не может быть наблюдаемым, разве не так? А все эти гипотизы больше раздражают чем заставляют задуматься имхо.

          • vinstlow

            Так может быть вы просто не задумались? (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

          • Einshy

            Эмм. Ну ты же знаешь, как человечество наблюдает чёрные дыры? Я тебе подскажу. В видимом диапазоне мы не можем их видеть, конечно же. Но, обладая серьёзным гравитационным полем, чёрные дыры притягивают к себе множество объектов, включая например столь массивные как звёзды. Видя звезду, крутящуюся на орбите чего-то незримого, и подключая инфракрасный диапазон, мы видим окружающую незримый источник гравитации диск и разогретой материи с движущийся на нём звезде. Так мы обнаружили чёрные дыры, массивные, сингулярные объекты нашей вселенной.

          • DAG_sweden

            Невидимое не значит что не существует,ведь воздух которым все дышат тоже не виден. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

        • vinstlow

          Именно. Вы не видите, но вы знаете что оно там есть по гравитационным эффектам: по траектории звезд, по излучению, по гравитационному линзированию. Вся информация есть в той же вики. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

        • pochi

          Никто ещё не видел эту чёрную кошку в тёмной комнате, но Вискас из блюдца куда-то пропадает. Пытались её приманить на адронный коллайдер и поймать там за хвост, но пока ничего не получается.

  2. bdv

    Да будьте уже искренни. Известно только то что там что–то есть или должно быть. Остальное чистые теории и предположения.

  3. naukaZnat

    А может то, что принято считать черной дырой это не объект как сам по себе, а последствия того что вокруг этой точки. Вселенная любит равновесие и там могут быть миллионы звезд, вращающиеся по очень сложным орбитам, этот баланс сил, равновесие сил, может рождать огромную гравитационную силу которая заставляет галактику вращаться. Любой объект попадающий на границу, будет разорван гравитационным силами. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.